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Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica.

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1 Estudo Exploratório sobre a Utilização do RCCTE na Avaliação do Desempenho Passivo de Edifícios Residenciais Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Autor: Helder Filipe Duarte Ferreira Orientação: Prof. Vítor Leal Prof. Eduardo de Oliveira Fernandes Prof. Manuel Dias de Castro

2 E STUDO E XPLORATÓRIO SOBRE A U TILIZAÇÃO DO RCCTE NA A VALIAÇÃO DO D ESEMPENHO P ASSIVO DE E DIFÍCIOS R ESIDENCIAIS Objectivos Estudar a relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado); Estudar a relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE (método simplificado) e do ESP-r (método detalhado); Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do ESP-r e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r); Estudar a relação entre o desempenho aferido em regime condicionado por intermédio do RCCTE e o desempenho aferido por simulação detalhada em "free float" (ESP-r); Clarificar que níveis de requisitos permitem prescindir sistemas mecânicos de arrefecimento; 2 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

3 E STUDO E XPLORATÓRIO SOBRE A U TILIZAÇÃO DO RCCTE NA A VALIAÇÃO DO D ESEMPENHO P ASSIVO DE E DIFÍCIOS R ESIDENCIAIS Metodologia Aplicar o RCCTE a cada caso de estudo, para determinar os principais índices térmicos: Necessidades nominais de energia útil para aquecimento; Necessidades nominais de energia útil para arrefecimento; Produção de águas quentes sanitárias; Necessidades globais de energia primária; Analisar cada edifício com o software de simulação dinâmica ESP-r; Análise do edifício em regime condicionado; Análise do edifício em regime de flutuação livre de temperaturas; Implementar uma rede de escoamento dinâmica de ar para permitir ventilação natural dinâmica; Aplicar a norma ASHRAE ; Compilar os resultados de todos os casos de estudo com vista a estabelecer as relações pretendidas; Concluir e discutir os resultados perante os objectivos definidos; 3 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

4 CASO DE ESTUDO Nº1: HABITAÇÃO UNIFAMILIAR Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica4

5 H ABITAÇÃO U NIFAMILIAR Breve Apresentação e Caracterização Planta do rés-do-chão da habitaçãoPlanta do 1º andar da habitação 5 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Habitação unifamiliar de tipologia T3 Localização no concelho de Marco de Canaveses Zona climática I2-V2 Norte Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos Área útil de pavimento – m 2

6 A PLICAÇÃO DO RCCTE: R ESULTADOS Necessidades de AquecimentoNecessidades de Arrefecimento Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 °C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g: 6 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 °C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2: N IC [kWh/m 2.ano] N I [kWh/m 2.ano] CUMPRE N VC [kWh/m 2.ano] N V [kWh/m 2.ano] CUMPRE

7 M ODELO DE S IMULAÇÃO EM ESP- R Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r 7 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

8 R ESULTADOS DA S IMULAÇÃO Simulação em regime condicionado Adoptado no modelo de simulação o valor da taxa de renovação horária nominal determinada na aplicação do RCCTE – rph = 1.10 Análise mensal das necessidades energéticas de aquecimento e arrefecimento: 8 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

9 M ODELO DE S IMULAÇÃO EM ESP- R Simulação em free float com network flow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo a ventilação natural; 9 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

10 M ODELO DE S IMULAÇÃO EM ESP- R Estudo das Infiltrações Variação da área das aberturas e da espessura das frinchas - renovação mínima de 0,6 rph; 10 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Cozinha: Quarto: Aberturas exteriores activas durante o Verão

11 R ESULTADOS DA S IMULAÇÃO Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: Avaliar a evolução da temperatura interior 11 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica T méd =14.6 °C

12 N ORMA ASHRAE Aplicação da Norma ASHRAE Calcular a % de horas da estação de aquecimento e da estação de arrefecimento que cumprem os requisitos de conforto térmico: 12 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica CozinhaSalaQuarto T> T min T T min T T min T

13 CASO DE ESTUDO Nº2 – EDIFÍCIO DE APARTAMENTOS Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica13

14 E DIFÍCIO DE A PARTAMENTOS Breve apresentação e caracterização Caracterização: Análise do piso 0; Um piso constituído por 4 fracções autónomas: 2 de tipologia T1; 2 de tipologia T2; Localizado em Lisboa (zona climática I1 – V2); 14 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

15 E DIFÍCIO DE A PARTAMENTOS Breve apresentação e caracterização Planta do piso do Edifício a analisar: 15 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

16 M ODELO DE S IMULAÇÃO EM ESP- R Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r 16 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

17 M ODELO DE S IMULAÇÃO EM ESP- R Simulação em free float com network flow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar incluindo ventilação natural dinâmica; 17 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Frincha Abertura Controlada Abertura Fixa

18 R ESULTADOS DA S IMULAÇÃO Temperaturas Interiores – Fracção Autónoma T1-A Análise do comportamento do edifício em regime de free float: 18 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica CozinhaSalaQuarto T> T min T T min T T min T

19 CASO DE ESTUDO Nº3 – MORADIA GEMINADA Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica19

20 M ORADIA G EMINADA Breve Apresentação e Caracterização Moradia geminada de tipologia T3; Localização no concelho do Porto; Zona climática I2-V1 Norte Área útil de pavimento – m 2 Pé direito de 2.4 m, em ambos os pisos Planta do rés-do-chãoPlanta do 1º andar 20 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

21 A PLICAÇÃO DO RCCTE: R ESULTADOS Necessidades de AquecimentoNecessidades de Arrefecimento Energia útil a retirar à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 25 °C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de arrefecimento FCV.1a a FCV.1g: 21 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Energia útil a fornecer à fracção autónoma para manter no seu interior a temperatura de referência de 20 °C; Determinadas a partir das folhas de cálculo para a estação de aquecimento FCIV.1a a FCIV.1f e FCIV.2: N IC [kWh/m 2.ano] N I [kWh/m 2.ano] CUMPRE N VC [kWh/m 2.ano] N V [kWh/m 2.ano] CUMPRE

22 M ODELO DE S IMULAÇÃO EM ESP- R Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r 22 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

23 M ODELO DE S IMULAÇÃO EM ESP- R Simulação em free float com network flow Alterações no modelo de simulação, para obter uma maior aproximação do modelo de simulação à realidade, do ponto de vista da distribuição do ar; 23 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Frincha Abertura Controlada Abertura Fixa

24 R ESULTADOS DA S IMULAÇÃO Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: 24 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica CozinhaSalaQuarto T> T min T T min T T min T

25 CASO DE ESTUDO Nº4 – VARIANTE EFICIENTE DA MORADIA GEMINADA Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica25

26 M ODELO DE S IMULAÇÃO EM ESP- R Modelo de Simulação Detalhado do Edifício em ESP-r Alterações relativamente ao modelo do caso de estudo anterior: Fachada principal da moradia geminada orientada a Sul; Maximização da área envidraçada orientada a Sul; 26 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

27 R ESULTADOS DA S IMULAÇÃO Temperaturas Interiores Análise do comportamento do edifício em regime de free float: 27 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica CozinhaSalaSuiteQuarto T> T min T T min T T min T T min T

28 ANÁLISE DE RESULTADOS & CONCLUSÕES Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica28

29 A NÁLISE DE R ESULTADOS Estação de aquecimento em regime condicionado Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; Relação linear significativa, com clara proporcionalidade directa; Potenciais diferenças dos resultados: Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos internos; Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior; 29 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica RCCTE sobrestima as necessidades de aquecimento 17 %

30 A NÁLISE DE R ESULTADOS Estação de arrefecimento em regime condicionado Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; Relação linear forte, com clara proporcionalidade directa; Potenciais diferenças de resultados: Efeitos dinâmicos e de armazenamento relacionados com os ganhos solares e ganhos internos; Transferência de calor pela envolvente opaca em contacto com o exterior; 30 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica RCCTE sobrestima as necessidades de arrefecimento 73 %

31 A NÁLISE DE R ESULTADOS % horas de conforto vs N IC do ESP-r% horas de conforto vs N IC do RCCTE Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r. Relação linear fraca; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 46 %; 31 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Relação entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r. Relação linear moderada; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Qualidade do grau de ajuste de 67 %;

32 A NÁLISE DE R ESULTADOS % horas de conforto vs N VC do ESP-r% horas de conforto vs N VC do RCCTE Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto determinadas a partir do ESP-r. Recta de regressão com declive quase nulo; Na prática verifica-se uma relativa independência entre o N VC do RCCTE e a % de horas de conforto ( > 96%); Não existe relação linear estatisticamente significativa; 32 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica Relação entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto também determinadas a partir do ESP-r. Relação linear relativamente moderada; Recta de regressão com proporcionalidade inversa; Coeficiente de determinação de 61 %; Elevada % de horas que cumprem os requisitos de conforto, sempre > 96 %;

33 E STUDO E XPLORATÓRIO SOBRE A U TILIZAÇÃO DO RCCTE NA A VALIAÇÃO DO D ESEMPENHO P ASSIVO DE E DIFÍCIOS R ESIDENCIAIS Conclusões Obteve-se uma relação linear significativa entre as necessidades de aquecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; RCCTE sobrestima as necessidades de aquecimento em 17 %; Obteve-se uma relação linear forte entre as necessidades de arrefecimento determinadas por intermédio do RCCTE e do ESP-r; RCCTE sobrestima as necessidades de arrefecimento em 73 %; Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r); Obteve-se uma relação linear relativamente fraca entre as necessidades de aquecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto; Obteve-se uma relação linear moderada entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do ESP-r e a % de horas de conforto (ESP-r); Estes casos de estudo não permitiram obter uma relação linear entre as necessidades de arrefecimento determinadas a partir do RCCTE e a % de horas de conforto (ESP-r); Devido ao baixo nº de horas de conforto durante a estação de aquecimento conclui-se que nestes casos os sistemas de aquecimento são necessários para manter o edifício mais tempo com conforto térmico; Durante a estação de arrefecimento, conclui-se que a abertura de janelas nos períodos correctos, tende a ser suficiente para promover o arrefecimento do edifício, sem recorrer a equipamentos de ar condicionado; 33 Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica

34 FIM Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica


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